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AIR BRAKE STRUCTURE FOR WINDMILL

Patent code P08A013922
File No. 27
Posted date Oct 31, 2008
Application number P2007-035553
Publication number P2008-196464A
Patent number P4355813
Date of filing Feb 15, 2007
Date of publication of application Aug 28, 2008
Date of registration Aug 14, 2009
Inventor
  • (In Japanese)清水 幸丸
  • (In Japanese)玉城 史朗
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 琉球大学
Title AIR BRAKE STRUCTURE FOR WINDMILL
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air brake structure utilizing centrifugal force for automatically suppressing abnormal high speed rotation of a windmill during strong wind while operating small braking force during normal rotation of the lifting vertical shaft windmill and operating great braking force only during abnormal high speed rotation.
SOLUTION: On a braking shaft to be driven with the rotating shaft of the windmill, a rotor is provided which is moved forward and expanded with centrifugal force for an angle change of its blade surface. When the rotating speed of the windmill is increased with strong wind, the centrifugal force is increased to move the rotor forward so that the radius of the rotor is increased and the blade surface with its angle changed 90° rises at a right angle to the rotating direction to receive great air resistance with the rotation of the rising rotor whose radius is increased. As a result, air brake operation on the windmill with an increase in the rotating speed is actualized without the need for forcible outer force.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


これまで、風車に適用されてきたエアーブレーキとしては、水平軸風車の可変ピッチ制御あるいは、翼端失速制御等がある。しかし、ダリウス型風車やジャイロミル型風車に代表される垂直型風車においては、その構造上から、前述の可変ピッチ制御、あるいは、翼端失速制御は適用できない。従来の垂直型風車の制動技術は、風速が増大すると、ディスクブレーキのみで、強制的に軸の回転を停止させる方法が主であった。しかし、この手法では、過回転になったとき、ブレーキパッド摩擦損失の結果、ブレーキが破損し遠心力の作用で風車が破壊されるという事故が頻繁に生じている。したがって、今後、ますます需要が高まる垂直型風車において、必要不可欠となる制動技術であるエアーブレーキおよびエアーブレーキシステムの開発が急務である。



ところで、特開2005-188454では、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄える蓄電池とを備えた風力発電装置において、風車の回転軸と同軸に併設した遠心羽根車と、前記遠心羽根車が自然風を捉えないケーシングを有したファンを形成して構成されたものが提案されている。前記風車の回転力に基づき前記ファンで生成された負荷によって、自然風の増加に伴う前記風車の過回転を防止することができる。これに対し、特開2005-282540では、抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車と一体回転するように備えられることで、揚力型垂直軸風車が風速を越えた回転数で回転すると、抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働くような構造が提案されている。
【特許文献1】
特開2005-188454
【特許文献2】
特開2005-282540

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、強風時に風車が異常に高速回転するのを、遠心力を利用して自動的に抑制するエアーブレーキ構造に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
風車の回転力で駆動される制動軸に、遠心力で外方に進出する伸縮構造の空気制動用の回転翼を設けてなり、
前記の伸縮する回転翼は、風車が平常回転の際はバネ力又は重りの重力で縮小状態となり、風車の回転数が増すとその際の遠心力によって、バネ力や重りの重力に抗して外方向に進出し伸長する構造であり、
前記回転翼の伸縮構造は、大径の円筒の中に小径の円筒を同心状に挿入してなり、前記大径の円筒又は小径の円筒が制動軸の半径方向に移動して伸縮可能で、外方向に伸長した際の制動軸寄りの根元側円筒が、制動軸に取付けた支持体に、バネ力や重りの重力に抗して、回転翼の遠心力で外方向に進出可能に保持されていることを特徴とする風車のエアーブレーキ構造。

【請求項2】
 
前記の伸縮構造の回転翼が、金網製その他の容器状の室内に収納されていることを特徴とする請求項1に記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項3】
 
前記の伸縮する回転翼の翼面は、前記円筒の縮小状態では、回転方向と平行方向であるのに対し、伸長状態では回転方向と直角方向となるように90度回転する構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項4】
 
前記の根元側の円筒が制動軸の半径方向に移動する際に、前記支持体又は根元側の円筒に設けた螺旋状のカム手段の作用によって、前記の根元側の円筒が風車回転方向と平行方向又は直角方向に90度角度変換される構造となっていることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項5】
 
角度変換用の駆動手段によって、前記の根元側の円筒が、風車回転方向と平行方向又は直角方向に90度角度変換される構造となっていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの項に記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項6】
 
前記の伸縮する円筒が断面楕円状の回転翼であり、径が最小の楕円状回転翼又は最大の楕円状回転翼が、制動軸に取付けた支持体に支持されていることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの項に記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項7】
 
前記の伸縮構造を構成する径の異なる各円筒の側面に板状の回転翼を取付け固定してあるか、又は伸縮する各楕円状回転翼中に各真円筒が配設されており、しかも伸長時の最外端の回転翼の翼面積が最大若しくは最小であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の風車のエアーブレーキ構造。

【請求項8】
 
風車の回転力で駆動される制動軸に、その高速回転時に空気制動用の回転翼を外方に進出させる伸縮構造が、大径の円筒の中に小径の円筒を同心状に挿入してなり、前記大径の円筒又は小径の円筒が制動軸の半径方向に移動して伸縮する構造であり、
外方向に伸長した際の制動軸寄りの根元側円筒が、制動軸に取付けた支持体に、送りネジ機構によって外方向に進出可能に保持されており、
前記の送りネジ機構は、外方向に伸長した際の最外端の円筒に設けたメネジ体に、モータ駆動されるオネジ棒を貫通させて、回転翼を伸縮させる構造であって、
前記の各円筒に板状若しくは楕円状の回転翼を取付け支持してあるか、又は各円筒が楕円状回転翼であることを特徴とする風車のエアーブレーキ構造。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007035553thum.jpg
State of application right Registered
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